钻增钻一体化区域防突技术研究.docx
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钻增钻一体化区域防突技术研究
湖南黑金时代股份有限公司
科技进步项目立项建议书
项目名称:
钻、增、抽一体化区域防突技术研究
项目类别:
新科技研究
项目负责人:
彭双良
申报单位:
红卫矿业公司
填报时间:
2010年3月1日
一、项目的主要技术特征
包括主要技术指标、技术水平及用途等
1.主要技术经济指标
⑴实施区域防突措施后,煤层瓦斯压力低于0.74MPa或者瓦斯含量小于8m3/t;
⑵煤巷掘进速度达到或超过45m/月;
⑶试验工作面瓦斯抽采率达到或超过35%;
⑷回采推进速度提高一倍;
空气中的煤尘浓度下降70%;
⑹消除工作面风流中瓦斯超限现象;
⑺相同的抽采时间,抽采半径提高2—4倍。
2、达到的技术水平及用途
项目完成后,研究形成“稀钻孔、卸地压、强增透、快速抽”的区域防突技术体系,实现煤层区域消突,瓦斯压力低于0.74MPa或者瓦斯含量小于8m3/t,掘进速度达到或超过45m/月,技术水平达到湖南省乃至南方类似地质条件下的领先水平。
项目的实施,可望实现矿井采掘平衡,提高矿井安全保障程度和生产效率,将具有显著的经济、社会与安全效益。
二、项目实施方案摘要及起止时间、
试验地点:
红卫矿业公司坦家冲矿6煤层2264、2163工作面
进度安排:
⑴2010年3月,签订项目合同,考察试验现场施工情况,制定项目实施方案。
⑵2010年4月,收集、整理、分析本矿井地质资料,收集坦家冲矿以往历史资料和文献,准备试验设备,进行地面试验,检查抽放管路瓦斯浓度、负压,确定改造管线。
⑶2010年5月,试验工作面取样分析坦家冲矿煤质指标和瓦斯参数(包括测定a、b值、工业分析、比表面积、孔径分布、f值、瓦斯放散初速度等),现场测定煤体和瓦斯原始压力、含量、透气性系数、百米钻孔流量、流量衰减系数等。
⑷2010年6-10月,现场消突措施施工,措施后防突效果考察,措施后煤层和瓦斯各项基本参数的再次对比分析。
⑸2010年11月-2011年4月,理论分析、计算、项目报告编写。
2011年5月,项目结果鉴定。
三、资金概算及来源
包括总投资、自筹、申请科技补助等
该项目总投资72.3万元,其融资计划全部申请科技补助。
四、经济、社会效益预测
项目的实施,可望实现煤层区域消突,大幅度提高煤巷掘进速度,实现矿井采掘平衡,提高矿井安全保障程度和生产效率,将具有显著的经济、社会与安全效益。
五、立项审查意见
申报单位审查意见:
同意申报
(章)
2010年元月28日
矿区安全生产管理局初审意见:
(章)
年月日
股份公司科技项目立项审查及科技成果评审委员会审查意见:
年月日
股份公司科技管理委员会审批意见:
年月日
湖南黑金时代股份有限公司红卫矿业公司
坦家冲煤矿钻、增、抽一体化区域防突技术研究可行性研究报告
一、概述
(一)项目名称、起止时间、承担单位与协作单位
项目名称:
钻、增、抽一体化区域防突技术研究
起止时间:
二0一0年三月至二0一一年五月
承担单位:
红卫矿业有限责任公司
负责项目总体协调,提供开展项目研究所需现场试验场所,提供包括钻机钻具、封孔材料、测压、测流量的管路仪器、磨料割缝发生装置(配套钻杆及钻头)、注气、注水泵等现场施工装备,配备专人协助协作单位开展现场试验。
协作单位:
湖南省煤炭科学研究所(中国矿业大学、河南理工大学)
制定项目实施技术方案,收集、整理与分析试验矿井地质、煤层,瓦斯参数,负责实验室、现场瓦斯与煤层的基本参数测试,分析整理现场测试数据,指导现场方案实施,进行理论分析,编写项目阶段总结报告和项目研究报告。
在项目研究期间,保证试验矿井有1-2名以上科研人员长驻现场工作,指导试验现场人员开展项目测试。
(二)简述项目的立项现状、研究的目的、意义及国内外技术概况。
项目的立项现状:
红卫矿业公司坦家冲煤矿所采6煤层具有严重煤与瓦斯突出危险性,煤层透气性差,近年来,尽管采取了底板巷抽采、本煤层抽采、水力割缝、掘进工作面超前钻孔、松动爆破等综合措施以防治突出,但未能消除6煤层煤与瓦斯突出。
该矿自建矿以来共发生煤与瓦斯突出497次,其中最大一次突出强度为4500t,涌出瓦斯达138万m3。
研究的目的、意义:
针对6煤层瓦斯突出的特殊性,以“稀钻孔、卸地压、强增透、快速抽”防突理念为指导,创建新的行之有效的区域防突技术体系,通过有效卸除煤层地应力、大幅度改善煤层透气性和强化瓦斯预抽效果,实现6煤层区域消突,显著抽高6煤层煤巷掘进速度,实现矿井采掘平衡,提高矿井安全保障程度和生产效率。
国内外技术概况:
目前国内外对防突理论均无定论,国内外都在不断摸索创新新的防突手段。
二、研究的关键技术与方案
(一)项目主要研发内容及预期达到的技术经济指标;
1.主要研究、试验内容
本项目以6煤层为试验工作面,主要开展如下内容的研究:
⑴矿井已有资料的收集、整理与瓦斯基础参数测定;
⑵抽放系统改进与合理预抽参数研究;
⑶穿层钻孔磨料割缝卸压增透技术研究;
穿层钻孔注气置换与驱替深化预抽瓦斯技术研究;
穿层钻孔预抽瓦斯后煤层注水增湿技术研究;
⑹区域消突效果考查与区域防突措施参数优化。
2.预期达到的技术经济指标
⑴区域防突措施后,煤层瓦斯压力低于0.74MPa或者瓦斯含量小于8m3/t;
⑵突出煤层煤巷掘进速度提高达到或超过45m/月;
⑶试验工作面瓦斯抽采率达到或超过35%;
⑷回采推进速度提高一倍;
空气中的煤尘浓度下降70%;
⑹消除工作面风流中瓦斯超限现象;
⑺相同的抽采时间,抽采半径提高2—4倍。
(二)项目研究的关键技术、技术方案、技术路线,包括必要的设计图纸;
1.关键技术
⑴穿层钻孔合理布置;
⑵穿层钻孔磨料割缝卸压增透强化预抽瓦斯技术;
⑶穿层钻孔注气置换与驱替深化预抽技术;
⑷煤层注水增湿技术;
提高预抽钻孔和抽采系统气密性技术。
2.技术方案、技术路线
拟采用实验室模拟测试、理论分析和现场试验相结合的方法开展项目研究,其技术路线如下图示:
图1项目研究技术路线示意图
各主要研究内容及技术方案简述如下:
1)瓦斯基本参数测试及历史资料的收集整理
项目研究时,为了对现有的煤层突出危险性进行评价和措施实施前后的防突效果进行比较分析,需要对试验工作面6煤层瓦斯基本参数进行历史资料的收集整理及测定,参数包括:
煤层原始瓦斯压力、煤层原始瓦斯含量、煤质参数(工业分析指标)、煤的坚固性系数(f值)、瓦斯放散初速度、比表面积、孔隙率(真、假比重)、孔隙类型、孔径分布和比表面积、残存瓦斯含量、煤对瓦斯吸附常数,煤层透气性系数,百米钻孔瓦斯流量和流量衰减系数、现场瓦斯解吸速度等。
2)抽放系统改进与合理预抽参数研究
实测矿井现用瓦斯抽采系统的工况参数、气密性以及预抽钻孔的孔口负压,提出矿井瓦斯抽采系统改造方案,实现本煤层预抽系统和卸压瓦斯抽采系统独立分置,改善抽采系统的气密性;研究提出本煤层合理预抽参数,提高预抽钻孔的孔口负压和瓦斯浓度。
3)穿层钻孔设计与施工
利用已施工的底板岩巷,结合层间岩石距离、岩性和工作面所要求的区域消突保护范围,采用数学建模和数值解算方法,模拟不同直径穿层钻孔以及磨料割缝的有效卸压穿层钻孔增透半径,设计钻场间距和钻场内穿层钻孔布置参数,并以此为基础,在底板岩巷中施工穿层钻孔。
考虑到数值模拟和实际效果的差异性以及穿层钻孔参数优化的需要,钻孔施工中,要布置2-3组不同钻场间距和钻场内不同布置参数的穿层钻孔。
4)区域防突措施试验研究
穿层钻孔磨料割缝卸压增透技术研究
考虑到6煤层属于特低透气性煤层,穿层钻孔对煤层的卸压增透效果有限。
为此,拟对每一施工完毕的穿层钻孔进行磨料割缝卸压增透处理,充分卸除地应力和增加煤体透气性;研究中,拟通过测定磨料割缝措施前后的钻孔瓦斯流量变化,考察磨料割缝对卸压增透程度的影响程度,确定合理的磨料割缝参数。
穿层钻孔强化预抽瓦斯技术研究
磨料割缝完成后,利用割缝卸压造成的煤体裂隙,对钻孔封孔并连接抽放管路,采用高负压强力抽放卸压瓦斯;抽采过程中,考察不同钻场、钻孔的瓦斯抽采浓度、流量、瓦斯抽采率与抽放时间抽采负压的关系,确定合理的抽采负压、抽放时间。
预抽前,在地面模拟试验水泥砂浆、马丽散和聚氨酯的密闭强度和气密性,改进预抽钻孔封孔方式和封孔参数,保证穿层钻孔封孔强度和封孔质量同时满足预抽瓦斯、注气和预抽后高压注水的需求。
穿层钻孔注气置换与驱替深化预抽技术研究
钻孔抽放能力达到一定极限后,改用高压气泵,向钻孔中注入置换性气体,采用边抽边注的方式,利用气体置换和驱替作用,进一步深化瓦斯预抽能力。
研究中,着重考察不同注气压力、注气量、注气时间下的置换和驱替瓦斯效果(混合气体流量、纯瓦斯流量、瓦斯置换与驱替率),确定合理的注气压力、注气流量以及注气时间。
穿层钻孔预抽瓦斯后煤层注水增湿技术研究
国内外研究结果表明,煤体水分含量增加不但可以减弱瓦斯放散速度,还可以降低煤层瓦斯突出危险性。
项目研究中,拟在注气措施结束后,先采用高压水进行煤体动压注水,以期扩大煤体的湿润半径;当注水速率降低到初始注水速率的10-20%左右、注水时间超过7天后,改用静压注水,使煤体充分湿润。
试验中,需要考察各钻场、钻孔注水压力、注水量随时间的变化,同时采用模拟软件分析钻孔注水有效影响半径、水分含量变化。
5)区域消突效果考查与区域防突措施参数优化
防突效果考察
上述消突措施完成后,拟通过两种途径来考察措施的区域消突效果,一是在底板岩巷施工穿层考察钻孔采集煤样,二是在试验区进行煤巷掘进时每隔30—50m采集煤样,对煤样进行如下参数的测试:
①钻屑瓦斯解吸指标K1或Δh2;
②瓦斯含量和瓦斯压力(只能通过施工穿层钻孔测压完成);
③水分含量和注水湿润半径;
④煤坚固性系数、瓦斯放散初速度和吸附常数;
⑤百米钻孔流量、流量衰减系数和煤层透气性;
⑥掘进瓦斯涌出、瓦斯突出预测指标和掘进速度(只能在煤巷掘进阶段进行)。
参数优化
取得上述测试结果后,对比分析研究试验区内各钻场、钻孔区域防突措施的消突效果,优化消突方案设计,改进措施参数,最终确定合理的区域防突措施参数。
(三)项目技术路线、方案的科学性、合理性、先进性、可行性分析评价。
该项目以“稀钻孔、卸地压、强增透、快速抽”防突理念为指导,创建新的行之有效的区域防突技术体系,通过有效卸除煤层地应力、大幅度改善煤层透气性和强化瓦斯预抽效果,从而实现煤层区域消突。
三、项目实施的措施、条件
(一)项目实施的保障措施;
1、公司成立项目实施领导小组
组长:
彭双良
副组长:
蒋益森、曹令昌、许长清、刘和平
成员:
雷秀明、袁国平、张秋国、卢中新、贺成群、肖顺喜
公司总工程师蒋益森对该项目具体负责,公司通风瓦斯部负责项目实施与协作单位的关系连接。
2、矿成立以矿长为组长的工程施工实施领导小组,矿总工程师负责项目施工技术管理,瓦斯副矿长负责现场施工管理,矿防突施工队伍负责现场具体施工,防突、抽采技术员负责现场技术指导。
(二)项目研究设备条件、产业技术基础条件,包括试验场地、测试手段。
本项目需添置ZF-750型钻机2台、磨料割缝装备一套、高压注水泵1台、空气压缩机1台。
矿井有专业的钻孔施工队伍,有专职的瓦斯治理矿长,有专职的瓦斯抽采技术人员,有丰富的瓦斯治理经验。
本项目以坦家冲矿2264-1、2163-1为试验工作面。
四、市场需求情况分析及经济、社会和环境效益预测
(一)国内外市场推广应用前景和市场需求情况分析预测;
项目研究成果不但可以在红卫矿业公司所属矿井推广应用,还可以在我国南方省份条件类似的突出矿井推广应用。
(二)项目完成后的预期经
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- 钻增钻 一体化 区域 技术研究